Подоснова для построения топографических планов бюджетным геодезическим квадрокоптером

Коллеги приветствую Вас! Хочу поделится с Вами моим опытом геодезических работ с помощью безпилотника на базе Phantom 4pro дооборудованного ребятами из topodrone (Москва).
Имеем квадрокоптер и установленную GPS систему на базе чипа и антенны Питерской фирмы emlid, а также планшет или смартфон с установленными программами построения маршрутов полета и ПО от выше указанного приемника.
Из ПО любой полетный менеджер типа Drone Deploy, Map Pilot, Pix4d ну и так далее их много и у каждой свой интересный функционал. ПО для обработки спутниковых наблюдений приемника emlid – RTK LIB (программа, написанная похоже гениальным японским школьником))) тем не менее на удивление функциональна, допиленная тем же topodrone. ПО TopoSetter для связи центров фотографирования, полученных приемником и самих фотографий, сделанных нашим коптером. И вишенка на всем этом торту ПО Agisoft Photoscan/Metashape, которая собственно и выполняет обработку снимков и координат, производя на свет готовый ортофотоплан, облако точек, карту высот и еще много интересных представлений данных, которых достаточно для построения топографических планов масштаба от 1:500 , а также при определенных условиях даже 1:200, да что там можно получить фотореалистичную 3d модель с сантиметровой точностью линейных и высотных измерений!
Последнее кстати стало возможным лишь после установки на борт дополнительного приемника, так как каждая фотография получила точные центры фотографирования и уравнивается несоизмеримо точнее по сравнению с классической сьемкой квадрокоптером без доп. оборудования. Раньше я так и делал, снимал обычным коптером ставил маркера и обрабатывал с помощью них, но добиться такой точности особенно в местах сьемки между маркерами не удавалось. Но это я забегаю не много вперед.
Итак, перейдем непосредственно к производству работ.

1. На территории выполнения работ устанавливаем базовую станцию (любую способную работать в статике, ведь все же работать будем в режиме PPK). Либо если нам повезло и в радиусе до 20 км от нас трудится какая ни будь референсная базовая станция, то можно воспользоваться данными с нее.
2. Устанавливаем и замеряем контрольные маркеры, коими могут выступать либо нарисованные баллончиком кресты, либо белые пластиковые тарелки, либо еще что-нибудь…, главное условие — это распознать центр маркера в дальнейшем на фотографиях. В случае с использованием дополнительной антенны их достаточно разместить не более 4 по краям области облета и то для своего же контроля и калибровки фокусного расстояния камеры нашего фантома, но об этом позже.
3. Включаем коптер, проверяем необходимость калибровки датчиков, настраиваем камеру.
4. Включаем Wi-Fi на смартфоне, соединяемся с доп. приемником и запускаем его работу, да да он соединяется по Wi-Fi и обменивается данными с телефоном таким же образом, что как оказалось, очень удобно.
5. В полетном менеджере строим маршрут полета, покажу на примере ПО Drone Deploy, просто указываем на экране зону охвата, которая включает полосу съемки с небольшим запасом. Кстати имеется возможность закинуть заранее подготовленный файл KML.
6. В Drone Deploy задаем нужную высоту (нужная высота - тема отдельного обсуждения, я летаю в эшелоне от 50 до 120 метров), параметры перекрытия снимков - желательно не менее 75% продольного и поперечного перекрытия (условие, продиктованное качеством дальнейшего построения ортофотоплана).
7. После этих манипуляций стартуем, коптер проверяет свою готовность к полету и взлетает в автоматическом режиме, впрочем, в нем он проводит весь полет и садится тоже на автопилоте. Наша задача лишь смиренно проводить его взглядом и быть на готове в случае какого-либо форс мажора (низколетящие самолеты, хищные птицы, охотники с ружьем)) ну или резкое, непреодолимое желание нашего квадрокоптера улететь на родину в Китай)) и такое бывает).
8. После посадки нам нужно выждать пару минут не выключая коптер, для того что бы приемник на борту собрал некоторое количество статических измерений на земле, это необходимо для дальнейшей обработки, можно еще проверить качество и наличие отснятого материала пока мы в поле, затем выключаем, складываем, готово.
9. Теперь наступает этап камеральной обработки полученных материалов. Скачиваем данные с приемника на коптере, фотографии с флеш носителя и файлы с базовой станции желательно в формате ринекс.
10. В ПО RTKLIB обрабатываем данные статики с приемника коптера и базовой станции получаем фиксированные координаты центров фотографирования. А здесь мы можем видеть "шумность" сигнала приемника
11. В ПО TopoSetter сопоставляем эти координаты и полученные снимки.
12. В ПО Agisoft Photoscan/Metashape выгружаем фотографии, импортируем файл с точными центрами фотографирования, и производим выравнивание, а затем переходим к маркерам, определяем их месторасположение на фотографиях, загружаем их координаты. Теперь мы можем провести калибровку фокусного расстояния и определить погрешности. На этом этапе можно наблюдать разницу между съемкой классическим способом и съемкой в PPK, погрешности равномерно распределены между фотографиями, и они минимальны, в отличии от съемки без PPK.
    Обратите внимание на погрешности…
    Погрешности на контрольных точках составляют не более 5 см. И в данном случае, возвращаясь к тому что я писал ранее, такая точность будет иметь место на всем поле измерений, т.к. нами были использованы центры фотографирования с фиксированной точностью. В отличие от ортофотопланов обработанных с применением только лишь маркеров, где погрешность имеет волнообразный характер, уменьшаясь в районах установления маркера и увеличиваясь в местах где их нет. В этих районах нет никакой гарантии передачи правильной геометрии объектов, показанных на таком ортофотоплане.
13. После этого строим плотное облако, ортофотоплан и выгружаем готовые продукты!!

 

Какой именно интересует? Я выгрузил в конце фрагменты ортофотоплана, топографию в автомате программа конечно же не строит , можно получить еще карту высот, облако точек для построения рельефа.

--- Сообщения объединены, 25 окт 2019, Оригинальное время сообщения: 25 окт 2019 ---

3d моднль как я уже написал выше...

 

Ну так и тема называется ПОДОСНОВА для построения топоплана.

 

Конечный продукт по понятным причинам могу показать в личке, если интересует)))

 

Точных отметок не будет с АФС за счёт растительности. Вот если на коптер сканер повесить - тогда другое дело.

 

Приветствую! Нам со дня на день тоже придёт такой коптер. Вопрос:
1.Обязательно выставлять маркера? Я так понял, что там там двухчистотный чип?
2.

ПО TopoSetter​

идёт в комплекте?
3.Сколько макс полёт(по времени) может делать в авто режиме?
4.ПО для полётов только англ язык?

 

Отчасти согласен, в густой высокой траве отметки не везде будут совпадать с реальностью, а там где высотой травы можно пренебречь или она разрежена, или область съемки, покрытая растительностью, имеет так скажем "проплешены" выходы открытого грунта, там возможно с допустимой точностью построить цмр, я уже не говорю про объекты которые не покрыты густой высокой травой и деревьями, там то точно все нормально обсчитывается.

--- Сообщения объединены, 5 ноя 2019, Оригинальное время сообщения: 5 ноя 2019 ---

Приветствую.
1. Да, обязательно в том случае, если Ваш коптер не имеет фиксированного фокусного расстояния, как например фантом или мавик (сбивается почти каждый полет), но их количество ограничивается несколькими штуками к примеру в начале съемки и в конце, в отличие от классического метода, где что бы достичь допустимой точности маркера надо расставлять хотя бы метров через 100. Даже на коптерах с фиксированным фокусным расстояниям я бы выставлял несколько маркеров для контроля качества работ.
2. Если вы покупаете коптер у официального представителя Topodrone? то да ПО TopoSetter идет в комплекте.
3. Зависит от модели конечно, но на новых батарейках в авто режиме фантом способен летать примерно до 25 минут
4. В основном полетные менеджеры идут на английском языке но есть и исключения например Litchi

--- Сообщения объединены, 5 ноя 2019 ---

Приветствую, могу смело сказать что время полевых работ сокращает как минимум втрое, зависит от сноровки и количества запасных батарей, а также сокращает количество бригад до 1, практически независимо от объекта (Конечно же можно приехать с 5 коптерами и сделать все за день). время камеральной обработки не сокращает, иногда даже несколько увеличивает. Но это с лихвой компенсируется экономией в поле причем и временной и финансовой. В условиях плотной городской застройки, как раз таки пользоваться коптером предпочтительнее в сравнении с GPS, полнота и точность данных будет выше, при правильном использовании БПЛА, так как не все нынешние приемники надежно инициализируются в таких условиях. Тахеометр и сканер конечно здесь вне конкуренции, но время в случае с тахом и стоимость в случае со сканером и на толкнули меня на этот вариант.

 

В ПО RTKLIB обрабатываем данные статики с приемника коптера и базовой станции получаем фиксированные координаты центров
В какой СК ортофотоплан? в WGS-84? Насколько я знаю RTKLIB нет поддержки прямоугольных систем координат.

 

В ПО RTKLIB нет, после сопоставления фотографий и полученных координат центров фотографирования в ПО топосеттер получаем результирующий файл в wgs 84, затем закидываем его в ПО для постобработки производителя вашего GPS приемника, и там переводим в местную систему, затем переведенный файл кидаем в агисофт и все, у меня к примеру Leica я обрабатываю в LGO, между прочем быстро и удобно при наличии локализации.

 

А что на счет получения разрешения на выполнения авиационных работ?
Какой скоростью ограничиваешь полет? С остановкой над центром фотографирования выполняешь снимки или обычным пролетом?

 

Если все делать по уму, то регистрируешь дрон, это у нас сейчас обязательно для всех бпла больше 250 гр. и оформляешь разрешение на использование воздушного пространства в росавиации. Но это отдельная тема если интересно скину инфу. По поводу скорости и остановок, то скорость в основном выставляется автоматически менеджером полетов, зависит от высоты и перекрытия снимков. ну в среднем на высоте 100м скорость будет около 10 метров в секунду и нет коптер не останавливается для фотографирования, следует маршрутом с заданной скоростью, фотки делаются тоже автоматически с интервалом, который рассчитывает программа для получения необходимого перекрытия снимков.

 

В чем летаете линейные объекты?
Какая скорость полета считается оптимальной?
Какие параметры камеры устанавливаете?

 

1. Так как летаю на андроиде, то линейку делаю в 3d survey pilot там не плохо реализовано
2. Для каждой высоты своя для 50 метров 4-5 метров в сек, для 80-100 метров 10 метров в секунду
3. Для каждых погодных условий свои настройки в солнечный день летаю на iso 100, апертура 3.5-4, затвор 1\1600-1\1000
в облачную погоду на iso 200-400, апертура 2.8, затвор 1\640-1\800

 

Geostav, добрый вечер! Вопрос по toposetter 1.09 от фирмы Topodrone? Я правильно понимаю ее принцип синхронизации фото с данными ГНСС: дрон делает при включении фото, в этот момент приемник начинает запись и два эти времени берутся за начало для совмещения? Пробовал совмещать и первые пары фото и событие и последние (как написано в инструкции), нормального результата не получил. Что я могу делать нитак?

 

Добрый вечер. Ни так вы можете совмещать фото, чаще всего временная разница между фотографией и центром фотографирования составляет примерно 19 секунд.ну и естественно разница во времени с гринвичем, у нас 3 зона поэтому 3 часа и 19 секунд, этот временно промежуток и берите за основу сопоставления, еще можно сопоставлять по высоте, если перед взлетом или после посадки была сделана фотография то высота ее, и ее центра будет отличаться от всех остальных

 

Может обновить до 2.0? Обновление вроде как бесплатное для клиентов Topodrone

Не так. Доп. модуль с gnss приёмником с момента включения постоянно пишет сырые данные от приёмника с частотой 10 Гц. Когда коптер делает снимок - модуль перехватывает сигнал об этом и пишет в поток метку события с точностью до микросекунд. Потом этот поток обрабатывается в RTKLib, восстанавливается полная траектория движения и затем вычисляются координаты события через интерполяцию по соседним отметкам траектории. В результате на выходе получается файл с координатами событий фотографирования.
TopoSetter 2.0 далее берёт этот файл и сам сопоставляет фотографии с событиями + делает доп. корректировки (вносит заданные смещения антенны относительно фотоаппарата и т.п.)

RTKLib результат выдаёт в GPS time у которого текущая разница с UTC составляет 18 секунд. Остальное - погрешность установки времени коптера.
TopoSetter 2.0 автоматом сопоставляет фотографии, но алгоритм там не самый продвинутый. К примеру есть такая проблема - перед сопоставлением отметок событий и фотографий, он выполняет сортировку последних по времени. И если в процессе полёта текущее время коптера изменилось - итоговый порядок фотографий будет отличен от того что был в реальности и координаты присвоятся не тем снимкам. В результате у photoscan возникают проблемы с выравниваем этих фотографий и граничащих с ними. Отличить эту ситуацию легко по содержимому результирующего файла с координатами - порядок снимков там будет нарушен.

У меня это изменение времени коптера возникало регулярно при полётах в определённых местах. Подозреваю что дело в том, что Litchi (которой я пользуюсь для полётов) периодически выполняет установку времени коптера по времени смартфона. И если включена опция синхронизации времени по сотовым сетям, а время на сотовых станциях не настроено с должной точностью - это может приводить к скачкам времени на десятки секунд при переключении между сотами.

--- Сообщения объединены, 23 авг 2020, Оригинальное время сообщения: 23 авг 2020 ---

По Topodrone тут создали цельный раздел, задавать вопросы по работе с их модулями и программами лучше всего там - https://geodesist.ru/forums/topodrone.206/